专利名称：波分复用光信号的时钟脉冲的相位失敏恢复的制作方法
技术领域：
本发明涉及波分复用光信号的恢复时钟脉冲，尤其涉及许多波分复用光信号同时的时钟恢复。
背景技术：
随着波分复用(WDM)传输系统的容量不断增大以响应于对通信不断增大的需求，各传输系统的最大范围在减小。因此，除了与发生业务路由选择的网络结点相关联的任何再生器之外，沿传输链路每隔一段距离就要求有一个生再生器。可能有争议的是，在交换结点内再生再生器是必需的，以提供业务路由选择和修饰功能，虽然当通过结点直接按路由传送给定波长处的业务时，情况并不总是如此。不过，在结点之间使用再生器增加了网络的成本，同时并不贡献附加的功能。因此，需要一种成本适宜的手段来再生WDM信号，以作为完全的WDM解复用和光电再生的替代方案。系统制造商指出，这一点对于40Gbit/s数据速率系统尤其必要，这种系统的目标范围为3000km，但实际传输极限在1500km左右。
3R再生器(再放大，再整形、再定时)是全光再生器的一个已知的示例，可用于未来的高速高容量透明光网络。全光时钟恢复是3R全光再生器的一个主要结构部件，因为其再定时功能需要时钟恢复。已经提出并证明过许多用于全光时钟恢复的单信道方法。一种单信道时钟恢复设备使用了光纤光学参量振荡器，其中用于时钟信号的振幅调制参量增益是光学相位失敏的。大多数时钟恢复方法都设计成适用于一个信道操作，因为对于多信道全光时钟恢复(MOCR)而言，技术上的挑战是成倍增加的。
在第一种MOCR方法中，通过使用光纤中的受激布里渊散射(SBS)，已证明了两信道光学时钟恢复。不过，因为布里渊频移具有波长依赖性，所以该时钟恢复设备可有效利用的总的光学带宽只有约3纳米。如此受限的光谱覆盖范围是这种基于SBS的MOCR的严重缺点。在第二种方法中，MOCR是在主动锁模光纤环激光中实现的，这种激光是由与两个波导光栅路由器(AWG)及掺铒光纤放大器(EDFA)集成在一起的半导体光放大器阵列模块来形成的。这种方法具有若干明显的缺点。首先，因为EDFA是均匀的谱线增宽，所以光纤激光的多信道工作不可避免是不稳定的。其次，在本设备中，阵列模块中的各半导体光放大器(SOA)充当仅用于一个相应信道的有源锁模器。这增加了系统的成本和复杂性。第三，在SOA-AWG部件内，没有任何手段来补偿不同信道在路径长度方面的差异，而这是多信道操作所要求的。最后，设备的整体速度仍然受限于SOA响应的速度。
因此，需要有改进的方法和装置以便用于全光时钟恢复和信号再生，它们能够同时处理多个WDM信号。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种用于多倍波分复用光信号的光学时钟恢复的光泵浦式锁模光纤环激光主动地对该激光的多个输出进行锁模，这些输出可作为多个恢复时钟以便用于多个多倍波分复用光信号。激光腔的腔长对应于复用光信号中的至少一个的比特周期的整数倍，以便接收多个波分复用光信号在被放大之前的样子从而在相位失敏的参量放大过程中提供增益调制，并使激光腔的一部分输出通过激光腔返回而再循环，以便在空间上对该激光腔的输出进行锁模使其成为恢复时钟，由此通过对相位失敏参量增益的空间调制所产生的光泵浦激光进行锁模，便可以产生各自具有周期性光脉冲序列的恢复光时钟，其重复率对应于相应的复用光信号的时钟率，其中该空间调制是由波分复用光信号的脉冲本质产生的。位于腔内的非线性增益介质在与多波段复用光信号相对应的全部波长处具有足够大的色散，以便在多波段复用光信号中、在诸多恢复时钟中、以及在多个多波段复用光信号与恢复时钟之间使四波混频现象出现得最少。用多个未经放大的复用光信号来泵激该增益介质，以便在相位失敏参量放大过程中在多个窄波长带处提供有效的增益调制，多个窄波长带的每一个紧邻相应光信号的波长，并且多个窄波长带的每一个包括相应的恢复光学时钟波长，并且相应光信号中的每一个在激光腔中都伴着恢复光学时钟通过非线性增益介质一同传播。具有非均匀增宽增益的参量光放大器或拉曼放大器对多个恢复时钟进行放大，以便在多个恢复时钟的全部波长处补偿一部分腔体损耗。波长选择器在恢复时钟的多个波长处使光线通过以便于激光腔中的再循环，并用于防止来自多倍波分复用光信号的光线和由四波混频所产生的多个空转波，其中四波混频可以发生在多倍波分复用光信号与来自激光腔中的再循环的恢复光学时钟之间。
本发明的其它特征与优点将在下文中得到详细阐述，并且本领域的技术人员从那些说明中或在按照说明书和权利要求书以及附图所描述的那样实施本发明的过程中可以很容易地看出或意识到部分特征和优点。
应该理解，前文一般性的描述和下文的详细描述只是本发明的示例，并旨在提供一个概况或框架以便于理解像权利要求书所描述的本发明的本质与特征。
包括附图旨在帮助进一步理解本发明，在这里包括这些附图并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的一个或多个实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理和操作过程。
图1是根据本发明的学说的、基于相位失敏参量放大器的环形激光时钟恢复电路的示意图；图2是图1所示光放大器56的示意图，它是由第二种高度非线性色散移位光纤33实现的；图3是图2所示腔体的增益分布图的曲线；图4是图1所示光放大器56的示意图，它是作为拉曼放大器来实现的；图5是图4所示腔体的增益分布图的曲线；图6是根据本发明的图1、2或4中示出的高度非线性色散移位光纤3的色散与波长的函数关系曲线，与单模光纤28进行对比，该单模光纤28可用作用于腔体的那段光纤；图7是用于图1所示光纤3的设计图，其中参量增益曲线是作为信号信道的位置相对于零色散波长的函数而画出的曲线；
图8是作为图1所示光纤3所对应的波长设计图的函数的色散；以及图9示出了在图1所示光纤3中激发出的参量增益带宽分布曲线以及图1所示光纤3的信道间隔位置。
具体实施例方式
在A.Ellis于2003年8月11日提交的题为“Recovery of Clock Pulses ofWavelength Division Multiplexed Optical Signals”的、转让给相同受让人的、美国专利申请10/153,957中，建议了一种用于多信道全光时钟恢复(MOCR)的新方法。该方法基于光纤光学参量振荡器，其中在光纤中的相敏FWM过程产生周期性调制的增益。因像温度变化这样的环境因素会导致腔长度偏移，所以相敏参量放大操作是先天性地不稳定的。为解决这个问题，在该专利申请中提出用光栅作为一种无源的方法来使腔长稳定。实验结果显示，光栅确实能够维持腔长使其与输入信号的时钟频率匹配。不过，因为产生于FWM过程的腔增益调制是对光学相位敏感的，所以对于上述方法而言，抑制在时钟与输入信号之间随机的光学相位偏移所导致的振幅噪声仍然是一个技术挑战。即便是使用用于多信道工作情形的非零色散位移光纤(NZ-DSF)，也依然存在腔长稳定性的潜在问题。在多信道情况下，使用掺铒光纤放大器(EDFA)来补偿腔体损耗可能导致不稳定的工作状态，因为EDFA的均匀增宽增益会在诸多信道中引发模式竞争。
由于参量放大过程的基本性质，如果在光纤激光环路的输入处同时存在泵浦、信号和空转光信号三者时，则仅当它们之间有特定的相位关系时才发生相敏放大过程。因此，如果在高度非线性色散移位光纤(HNL-DSF1或HNL-DSF2)的输入处存在泵浦光、信号以及空转时，则放大过程是对相位敏感的。对于相敏参量放大器而言，泵浦和信号是从环形腔的外部提供的，而空转在腔内循环，所以所有这三者都在该非线性光纤的输入处进入该非线性光纤。不同的时钟并不相互影响，因为它们各自的信号具有不同的相位。这是优点，同时也是设计方面的挑战，因为要假定从传输线路过来的光信号具有明确的相位以便开始。
另一方面，如果在非线性光纤(例如，高度非线性色散移位光纤HNL-DSF1或HNL-DSF2)的输入处存在泵浦光和信号，则放大过程是对相位不敏感的。因此，如果在相位失敏的情况下只存在泵浦和信号光信号，则光波的相位并不重要，因为在放大器内部自动产生了具有适当相位的空转信号。在相位失敏参量放大器腔体中，只有在腔体中不断循环的信号(充当参量泵浦)和时钟才在非线性光纤的输入处进入该非线性光纤。因此，在信号与时钟之间的光学相位关系并不重要。在参量过程中仍然会产生空转，但滤波器(比如，光栅)丢掉了这些空转，所以空转不能再循环或到达非线性光纤的输入。
这种相位失敏方法所提供的优点在于，不需要监视光波的相位。不过，相敏设计的优点没有了，现在信号可以相互影响。因此，如果将泵浦波长设计成比高度非线性色散移位光纤(HNL-DSF1)的色散零点(如果该介质具有有限的正色散)长出许多，则参量增益带会非常窄，这样就可以实现参量放大的其它基本性质。在光谱上，参量增益将只位于紧靠泵浦的左边和右边。因此，选择设计适宜的介质(光纤)，并且使多个输入在波长方面彼此间隔足够远，使得各输入将放大并调制与之最近的它自己的时钟，并且决不接触离得很远的其它信号和时钟。
不幸的是，当参量增益较窄时，它也很小。因此，最好能有一个第二放大器，将所有时钟的增益一起提高到接近腔体的激光发射阈值的水平。但第二放大器对所有的时钟一起放大，所以需要使交叉增益调制最小化。因此，第二放大器最好是非均匀增宽的。
参照图1，为了在光纤光学参量振荡器中实现稳定的多信道全光时钟恢复，示出了相位失敏时钟恢复电路。通过像波分复用器(未示出)这样的耦合器，将信号输入光纤1耦合到长度为500米左右的色散移位非线性介质上，这种介质是高度非线性色散移位光纤3的一个示例。通常，用于该环或腔的起点可以是环形腔中的任意位置。但是，在这种激光腔示例中，该起点是非线性光纤(HNL-DSL1)3的输入，因为时钟信号的产生始于那里。
使色散移位光纤3的输出馈入带通滤波器7，并且使带通滤波器的输出分成两路。带通滤波器7的第一路耦合到可调光纤延迟线路9，该线路包括色散补偿光纤，其色散特性与色散移位光纤3相反。在光纤延迟线路9之后，该第一路经具有非均匀增宽增益的光放大器56放大，然后，重新耦合到信号输入光纤1从而完成主动锁模光纤环激光配置或腔。来自带通滤波器7的第二路包括时钟输出光纤11。
根据本发明的学说，参量光放大器56位于该腔中。光放大器56具有非均匀增宽增益，可在恢复时钟的所有波长处放大多个恢复时钟以便补偿一部分腔体损耗。通过非均匀增益增宽，放大器56消除了在多个信道中的模式竞争，放大器56最好是宽带的，以便补偿腔体损耗。因此，放大器56在单个设备中实现了用于多于两个光信道的稳定的全光时钟恢复，同时信道总数和光谱范围仅受用来补偿腔体损耗的放大器56的光增益带宽限制。光放大器56可以是参量放大器或拉曼放大器。
参照图2，示出了相位失敏腔体环，其中光循环器23和光栅结构(比如在光分支21中包括光栅25到31的多个啁啾光纤布拉格光栅(CFBG))代替了图1所示的带通滤波器7。此外，波分复用器4所替代了图1所示的光放大器56，该波分复用器4用于将波长λp处的泵浦光输入5耦合到第二个高度非线性色散移位光纤33。
在具有参量放大器的这种多信道时钟恢复设备的示例性配置中，系统包括两个光耦合器2和35、两段高度非线性色散移位光纤或增益介质3和33、一个光循环器23、大量啁啾光纤布拉格光栅(等于信道的数目)，比如对应于四个复用信道的25、27、29和31、一个波分(加)复用器5、以及一个连续波(CW)泵浦激光源6。
对于HNL-DSF2或增益介质33(用于参量放大器)而言，非线性光纤的零色散应该在信道带宽的中间的附近，这也是在参量放大器的泵浦波长的附近。例如，如果该设备在C波段(1525nm～1565nm)工作，则非线性光纤33的零色散应该在1545nm左右。
参照图3，示出了图2的工作原理，用于表示增益分布曲线，其中λs1…λsn分别是输入信道1…n的波长。λs1…λsn是分别对应于信道1…n的恢复时钟的波长。在由第i个输入信道信号(λsi)所提供的非线性光纤(HNL-DSF1)3的参量增益峰值(λci)之一处设置第i个CFBG的中心波长(或第i个信道时钟波长λci)。下文会提到，通过适当地设计非线性光纤或适当地选择光纤长度，便可以在波长范围中使各信道信号所产生的增益分离开。因此，各时钟信号的增益是由相应的输入信号独立调制的。为补偿腔体损耗，由在泵浦输入5上面的高功率CW光源6来对包括一段高度非线性色散移位光纤(HNL-DSF2)33在内的参量放大器56进行泵激。当泵浦光功率比时钟信号的功率大许多时，可以忽略泵浦损耗，并且放大器56好像工作在其增益被非均匀地增宽这样一种情形中。与标准EDFA不同的是，消除了由放大器56所产生的模式竞争。当像下文所述那样适当设计CFBG时，各信道时钟可以自动调节其波长使得往返延迟等于相应输入信号比特周期的多倍。因此，通过空间调制，形成了主动锁模的多信道环形激光，其中，各谐振(时钟)信道的信号增益仅由相应的输入信道数据来进行空间调制，并且从各输入数据流中独立地提取出时钟信号。
使用由高度非线性色散移位光纤(HNL-DSF2)33来实现的参量放大器56来补偿腔体损耗。通常，在泵浦输入5处的CW泵浦光功率比恢复时钟信号的功率大许多。因此，可以忽略泵浦损耗。光纤33由此作为一个非均匀增益增宽放大器来使用。因此，与标准EDFA不同的是，消除了由参量放大器56所产生的模式竞争。
为获得能够完全覆盖所有时钟信道的较宽的增益带宽，必须将光纤(HNL-DSF2)或增益介质33设计成具有非常低的色散斜率并且色散零波长尽可能接近所期望的泵浦波长λp。为避免不想要的信道串扰，通常将泵浦波长放在信道与时钟信号所占据的波长带之外。如图3所示，也有可能使泵浦波长位于信道信号波长范围的中间。在这种情况下，必须仔细选取用于时钟恢复的信道子集以及泵浦波长位置，使得没有任何由参量放大过程所产生的空转波长与另一个信号或时钟的光谱位置一致。
对于所有时钟信道而言，应该把参量放大器56的增益设置到可补偿大部分腔体损耗但在CW振荡的阈值之下的某一水平。可能需要另外的增益补偿滤波器(未示出)。
接下来，图6和7示出了非线性光纤(HLF-DFS1)或增益介质3的参量增益带宽的控制。与相敏设计不同的是，本发明的时钟恢复使用光学相位失敏参量放大过程来提供用于主动锁模所必需的增益调制。相位失敏性的一个极为重要的优点在于，并不要求腔长的干涉稳定，并且对输入信号的相位噪声内容不加限制。不过，必须实现各时钟波长处的窄带放大，以便用于多信道工作情况。为避免因参量增益带宽的重叠而导致的相邻时钟信道之间的串扰现象，应该适当设计非线性光纤(HLD-DSF1)或增益介质3，或者(并且)应该适当选取光纤的长度。
参量增益带宽可以大致地表达如下ΔΩA=π|β2|ΩsL---(1)]]>其中L是光纤长度，β2是色散参数，Ωs是与相位匹配条件相对应的泵浦和信号波之间的频移。方程式(1)表明，增益带宽随色散参数和光纤长度的增大而减小。因此，可以使用两种方法来控制HNL-DSF1或增益介质3的参量增益带宽。首先，通过适当设计光纤的零色散点和色散斜率，便可控制增益带宽。第二，仅通过改变光纤长度，便可很容易调节它。此外，也可以使用两种方法的组合。不过，有限的光纤色散会产生时钟信号与输入信号之间的偏离(walk off)，这将有效地减少设备操作所需的调制并使时钟脉冲不对称。因此，应该同时考虑使串扰最小化的最小可允许信道间隔以及最大可允许偏离。应该把该偏离限制在不超过输入信号脉冲宽度的50％。
通过使用含25和31的CFBG使腔长稳定化，可改善时钟恢复系统的性能。在无源腔长稳定化结构中，将CFBG插入腔体能够使激光自动保持与外部信号比特率同步。既然光栅被啁啾，那么有效反射面位置取决于波长。结果，腔长的小变化或光线的群速度可以由发出激光的波长的小移位来补偿。
对于特定的比特率f，可以从下面的不等式中估算出无源地使激光运行稳定化所需的最小CFBG长度nfΔλc(2Dg-cDLc)≥1---(2)]]>其中n是有效折射率，c是光速，Δλ是CFBG总的啁啾，D是腔式光纤的平均色散参数，Lc是激光腔长，Dg是光栅色散，由下式大致给出
Dg=ΔλLg---(3)]]>其中Lg是光栅长度。
当对于不同的信道期望不同的腔长时，各个CFBG 25为其自己的恢复时钟信号定义唯一的激光腔长。这意味着，对于多信道工作情形，没必要使总腔体色散精确地等于零。
对于光谱选择而言，CFBG的25和31将反射和光谱滤波功能组合起来。各个CFBG 25或31反射相应的恢复信道时钟信号并在所有其它波长(包括CW泵浦6，ASE，FWM项等)处使光线通过，这些光线最终离开激光腔。通过应变或温度调谐相应的CFBG的25或31，可以很容易调节单独的反射峰。
对于具有拉曼放大器的相位失敏环而言，示出了两种结构。第一种与图2所示的环结构相同，它也可以作为Sagnac激光器结构获得实现，不同点在于，在图5的拉曼泵浦波长处泵激HNL-DSF2介质33的CW泵浦光。
参照图4，示出了第二种拉曼放大器结构。通过添加两个拉曼泵浦源(用像波分复用器41和42这样的两个单独的耦合器来耦合)以及增益介质3(可以是多孔光纤、光子带隙光纤、拉曼光纤、或任何其它类型的高度非线性色散移位光纤)，同时使用图2的参量放大器56作为拉曼放大器。如图5所示，当适当选取拉曼泵浦光的波长时，拉曼增益带宽可以完全覆盖所有信道的时钟信号。所以，相同的非线性光纤(HNL-DSF)或增益介质3充当适用于参量增益调制和拉曼放大两者的非线性介质。通常，CW泵浦光功率比时钟信号功率大许多，因此可以忽略泵浦损耗。另外，至少部分拉曼放大器增益是非均匀增宽的。因此，与使用标准EDFA时的情形不同的是，消除了由放大器产生的模式竞争。所有其它设计要点都与图2和3中所讨论的相同。
因此，特殊设计本新颖的时钟恢复设备，以解决因多信道中的模式竞争和多信道工作所对应的腔长偏移这两点所导致的不稳定的问题。首先，为消除多信道中的模式竞争，具有拉曼光纤的拉曼光放大器取代了由图2所示的第二光纤33来实现的宽带参量光放大器56或宽带参量光放大器56，或者，使用拉曼光放大器来补偿腔体损耗，该拉曼光放大器使用通过添加两个泵浦源61和62的相同的高度非线性色散移位光纤3。
当使用相位失敏参量增益时，不要求干涉腔稳定化，并且不对输入信号施加任何相位噪声的限制。与基于半导体的时钟提取器相比，相位失敏闭环可以以很高的比特率来工作，因为光纤非线性具有极快的响应时间。
因为相位失敏设计在激光腔中使用了大量的啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)(比如光栅25和31)以便通过发出激光波长的小移位来自动补偿环境方面的腔长变化，所以能够无源地将输出脉冲重复率锁定到任何输入时钟频率。既然参量增益是光学相位失敏的，那么这种相位失敏设计也免受由随机信号相位变化所导致的噪声。
参照图6，描绘了色散移位高度非线性光纤3的典型色散曲线。把高度非线性色散移位光纤3设计成具有C波段(1535～1570nm)之外的零色散波长，并且最好在波长较短的那一侧。与光纤3一起使用的光学效应是在图1、2或4所示环形腔结构中基于四波混频的参量激光的谐波模式锁定。当泵浦和信号存在于光纤的输入处并且尤其在色散移位光纤3的输入上时，参量增益显示出它本身。不管是对相位敏感还是相位不敏感，参量增益的效率都是与信号和泵浦之间的相位匹配条件相关，并且还与光纤的非线性系数相关。参量增益带宽取决于在相位失配与相移所引入的非线性效应之间的相互影响，并且当泵浦波长离零色散波长很远时参量增益带宽较窄。在群速度色散相移被非线性相移所补偿(即，Δk＝-2γP，其中γ是非线性系数，P是泵浦功率，Δk是群速度色散相位失配)的那些波长处，会观察到增益的峰值。同时，在线性色散估算中，Δk∝Dλ(λp-λ0)(λp-λs)2，其中Dλ是零色散波长处的色散斜率，λp是泵浦波长，λs是信号波长，λ0是零色散波长。在图7中，示出了用于不同泵浦位置的参量增益带宽。与零色散波长离得很远，参量增益具有较窄的带宽。该事实用在相位失敏的设计中，以构造用于若干信道的多波长时钟恢复系统。使用各信道作为窄带宽相位失敏参量过程所对应的泵浦。来自布拉格光栅25或31的窄增益可保证，在所提取的多个信道中不会观察到任何显著的串扰。
通过在纤芯区域中共同掺杂锗并且在凹陷形包层(depressed cladding)区域中共同掺杂氟，便可制成较佳的光纤。等离子化学气相沉积(PCVD)和改进的化学气相沉积(MCVD)方法可以生产出这种光纤剖面。所建议的光纤是“α剖面类型光纤”。所建议的设计的α值是α＝5。该内芯半径是2.5微米。内芯最大折射率是1.485。凹陷形包层的折射率是1.451。凹陷形包层的半径是3微米。外包层折射率在二氧化硅那一级是1.457。图8给出了经计算得到的光纤色散。零色散波长是1.4415微米。在零色散波长处的色散斜率是0.07ps/km/nm2。1.55微米处的有效模场面积是15平方微米。
通过在放大过程中薛定谔方程的数值解，可以使用在该光纤3中光纤色散和色散斜率来模拟出参量增益带宽。图9的增益曲线是针对行波放大配置来计算的。就信道间隔而言，为了估计时钟恢复系统可能的实际实现方式，使用了不同的输入信号波长。各信号的信号输入功率等于10毫瓦。所用光纤的长度是1km。在这种情况下的参量增益带宽强加恢复信道间隔。用于本文所设计的光纤的信道间隔是2nm的量级。通过适当设计图2和4的光纤布拉格光栅25和31，会保证在恢复信道之间的2nm距离。这种信道间隔允许40Gbit/s或更高数据比特率的时钟恢复。
另一个重要点涉及光栅色散。对于总啁啾为0.2nm的1cm长的光栅(如上所示，使10Gb/s时钟恢复稳定所需的最小长度)而言，光栅色散约为500ps/nm。看上去这样大的色散将使激光腔中短脉冲的循环成为不太可能。下面简单的说明显示出这并不是必然真实的。让我们考虑调制深度为100％的正弦调制的单色光波，它是最简单的时钟信号形式P＝A(1+cosΩt)cosωt(4)其中ω是载波频率，Ω是调制(时钟)频率。众所周知，该信号的频谱是由载波频率处的主峰和±Ω处的两个另外的峰来表示的，它可由(4)的变换来表示P=Acosωt+A2(cos(ω+Ω)t+cos(ω-Ω)t)---(5)]]>当从啁啾光栅中反射出该信号时，用于所有这三个频谱分量的有效反射平面将是不同的。至少针对线性啁啾光栅而言，与载波频率分量有关的频率和与差分量的相移θ的量将是相同的，但是带有相反的符号。所产生的信号由下式表示Preft=Acosωt+A2(cos((ω+Ω)t+θ)+cos((ω-Ω)t-θ))---(6)]]>上式可以很容易变换为Preft＝A(1+cos(Ωt+θ))cosωt (7)从(7)中可明显看出，不管色散是多大，从啁啾光栅中反射上述简单示例信号会导致调制信号的相移，但并不引起失真或改变该调制信号的形状。
在实际的锁模激光中，大腔体色散可以使激光输出脉冲成为啁啾。但是，这可以很容易用一段具有正确色散符号的光纤或基于CFBG的补偿器来校正。
对于多信道设备而言，因参量增益的波长依赖性，不同信道的恢复时钟信号通常具有不同的振幅。如果期望的话，则通过改变相应CFBG的反射力度便可以很容易地使那些振幅相等。
由于所建议的时钟恢复设备运行是基于参量放大的，所以期望泵浦辐射尽可能地接近放大光纤的零色散波长。不过，在零色散附近工作也会在激光腔中存在的所有频谱分量之间引起不希望有的四波混频，并导致一定量的信道间串扰。由于泵浦是腔内最强大的信号，则大多数有害的干涉都来自泵浦与恢复时钟信号的混合。因此，所不期望的是，泵浦波长与标准信道波长之一相同，或泵浦波长与信道波长中任意一个的间隔正好是信道间隔的整数倍。
泵浦波长最有优势的位置是正好在两个相邻的信道波长的正中间。作为一个示例，可以考虑图7所示的方案，其中泵浦波长位于两个相邻的标准信道波长的中间。该方案具有两个另外的优点。第一，使用到泵浦的左边和右边的波长间隔以允许恢复更多的信道。第二，RZ信号和恢复时钟相应地占据着奇数和偶数标准信道波长，这意味着通过众知的交错器等可大批量得到的装置可以组合(或分离)它们。当然，也可以使用另外的方案，其中所有的RZ信号位于泵浦的一侧，所有的恢复时钟信号都位于另一侧，但是可能仍然需要仅是每隔一个信道提供用于恢复的WDM系统，以使过量的FWM项和相关的串扰最小化。
关于谐波锁模光纤激光的一个主要问题是所谓的超模噪声。用简单的术语来讲，当激光腔是几百米长时，纵模间隔小于1MHz。许多超模存在于信道带宽之内，并且这些超模之间的模式竞争会引起所产生的光脉冲具有较大的振幅波动。所建议的激光能够自动维持与外部时钟同步，不管由于CFBG的使用而导致的腔长偏移，即便是在没有干涉稳定的情况下。因此，梳状传输且自由光谱范围(FSR)等于输入信号的时钟频率或时钟频率的次谐波的光纤可以被插入腔内，以只选择多个超模之一或有限的子集，由此抑制了超模噪声。具有梳状传输光谱的光纤可以是光纤闭环干涉计、常规的法布里波罗滤波器、或基于FBG的法布里波罗滤波器。
作为色散移位光纤的替代，非线性介质可以包括KTP水晶、半导体光放大器、或PPLN，这些对于光再生器设计领域的那些技术人员而言都是很清楚的。
本领域的那些技术人员会很清楚，在不背离所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本文所描述的本发明的较佳实施例做出各种修改。因此，本发明旨在覆盖所有这些修改和变化，只要它们落在所附的权利要求书和它们的等价方案的范围内。
权利要求
1.用于多倍波分复用光信号的光时钟恢复的一种光泵浦锁模光纤环激光器，对所述激光器的多个输出进行锁模并使其作为多个恢复时钟以便用于多个所述多倍波分复用光信号，所述激光器包括激光腔，其腔长对应于所述复用光信号中的至少一个的比特周期的整数倍，所述激光腔用于接收所述多个波分复用光信号未经放大的样子以便在整个相位失敏参量放大过程中提供增益调制，所述激光腔还用于使所述激光腔的一部分输出通过所述激光腔返回而再循环，在空间上对所述激光腔的输出进行锁模并使其用作恢复时钟，由此通过对相位失敏参量增益的空间调制所产生的光泵浦激光进行锁模，便产生了恢复光学时钟，所述恢复光学时钟各自具有周期性的光脉冲序列，其重复率对应于相应的复用光信号的时钟率，其中所述相位失敏参量增益的空间调制是由所述波分复用光信号的脉冲性质所产生的；位于所述腔内的非线性增益介质，所述介质在与所述多波段复用光信号相对应的所有波长处都具有足够大的色散，以便使在多波段复用光信号中、在所述恢复时钟中、以及在所述多个多波段复用光信号与所述恢复时钟之间发生的四波混频现象最小化，所述增益介质是由所述多个未经放大的复用光信号来泵激的，以便在相位失敏参量放大过程中在多个窄波长带处提供有效的增益调制，所述多个窄波长带中的每一个都紧邻相应光信号的波长，并且所述多个窄波长带中的每一个都包括相应的恢复光学时钟波长，并且所述相应光信号中的每一个都与所述恢复光学时钟一起在激光腔内通过所述非线性增益介质传播；具有非均匀增宽增益的光放大器，用于在所述多个恢复时钟的全部波长处放大所述多个恢复时钟以便补偿一部分腔体损耗；以及波长选择器，用于使所述恢复时钟的多个波长处的光线通过以便在激光腔中再循环，并且防止来自所述多倍波分复用光信号的光线以及在多倍波分复用光信号与激光腔中再循环的恢复光学时钟之间的四波混频所产生的多个空转波。
2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述光放大器包括拉曼放大器。
3.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述腔体形成于主动锁模环形激光器结构中。
4.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述腔体形成于Sagnac激光器结构中。
5.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述波长选择器包括窄带宽滤波器。
6.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述波长选择器包括多个啁啾光纤布拉格光栅。
7.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述波长选择器包括多个光纤布拉格光栅，用于调节所述腔长以对应于所述复用信号中的至少一个的比特周期的整数倍。
8.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述波长选择器包括可调光纤延迟线路，用于调节所述腔长。
9.如权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述可调光纤延迟线路是有源稳定的。
10.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，在所述腔体内所述非线性增益介质具有合适的色散斜率，使得色散零波长比所述多个波长复用光信号中的任何波长都短，或者比所述恢复时钟的波长短。
全文摘要
用于多倍波分复用光信号的光学时钟恢复的一种光泵浦式锁模光纤环激光器主动地对该激光器的多个输出进行模式锁定，这些输入可作为多个恢复时钟以便用于多个多倍波分复用光信号。激光腔的腔长对应于复用光信号中的至少一个的比特周期的整倍数，以便接收多个波分复用光信号在被放大之前的样子从而在整个相位失敏参量放大过程中提供增益调制，并且使激光腔的一部分输出通过激光腔返回而再循环，以便在空间对激光腔的输出进行锁模使其成为恢复时钟。
文档编号H01S3/06GK1856955SQ200480027148
公开日2006年11月1日 申请日期2004年9月15日 优先权日2003年9月22日
发明者D·V·库克森考弗, 李沈平, K·科拉斯特弗 申请人:康宁股份有限公司